JP2000097776A - Micro polarimeter and elliptic polarimeter - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、リターダと、その
後方に設けられた検光子ディスクと、光検出器マトリッ
クスと、を具備するマイクロ偏光計に関し、光源と、偏
光子と、偏光計とを有する楕円偏光計、及び、光源と、
偏光子と、偏光計と、対物レンズ及び接眼レンズを有す
る反射光用顕微鏡と、を具備し、偏光子及び偏光計は反
射光用顕微鏡内で統合されている楕円偏光計に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-polarimeter comprising a retarder, an analyzer disk provided behind the retarder, and a photodetector matrix, comprising a light source, a polarizer, and a polarimeter. Having an ellipsometer and a light source;
The invention relates to an ellipsometer comprising a polarizer, a polarimeter, and a reflected light microscope having an objective and an eyepiece, wherein the polarizer and the polarimeter are integrated in the reflected light microscope.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光は、技術では、試料の諸性質を測定す
るための非接触のゾンデとして屡々用いられる。この場
合、試料との相互作用の後の、光線の諸性質の変化が利
用される。偏光測定及び偏光解析法では、試料の諸性質
に含まれる情報、及び試料との相互作用による情報の変
化が利用される。完全に偏光された光の場合には、情報
は、楕円率、空間における主軸の位置（方位角）、及び
磁界の強さのベクトルの回転方向である。部分的に偏光
された光のためには、偏光度が加わる。これらの寸法
は、ストークスベクトルの４つの要素、いわゆるストー
クスパラメータによって記述される（Ｒ．Ｍ．アザム、
バスハラ著『偏光解析法及び偏光』北オランダ州、アム
ステルダム、１９８８年を参照）。BACKGROUND OF THE INVENTION Light is often used in the art as a non-contact sonde for measuring properties of a sample. In this case, a change in the properties of the light beam after interaction with the sample is used. Polarimetry and ellipsometry utilize information contained in various properties of the sample and changes in information due to interaction with the sample. For fully polarized light, the information is the ellipticity, the position of the principal axis in space (azimuth), and the direction of rotation of the magnetic field strength vector. For partially polarized light, a degree of polarization is added. These dimensions are described by four elements of the Stokes vector, the so-called Stokes parameters (RM Asam,
Bashala, Ellipsometry and Polarization, Amsterdam, North Holland, 1988).
【０００３】偏光のパラメータを測定するための装置が
偏光計と呼ばれる。偏光された光源と、薄い層及び表面
の諸性質を測定するための偏光計との組合せは楕円偏光
計と呼ばれる。偏光解析法の基本量から、数学的アルゴ
リズムを用いて、試料の諸性質、例えば、層の厚さ及び
屈折率が算出される。試料の種々の箇所における試料の
諸性質に関する情報が望まれるときは、通常、移動手段
によって試料が動かされる。[0003] An apparatus for measuring polarization parameters is called a polarimeter. The combination of a polarized light source and a polarimeter for measuring thin layer and surface properties is called an ellipsometer. From the basic quantities of the ellipsometry, the properties of the sample, for example the layer thickness and the refractive index, are calculated using a mathematical algorithm. When information about the properties of the sample at various points of the sample is desired, the sample is usually moved by the moving means.
【０００４】この種の情報は薄膜産業及びマイクロエレ
クトロニクスにおける品質管理にとって非常に重要であ
る。ガラス産業では、偏光計によって、ガラスの歪み状
態が検査されることができる。しかし、試料の直径が増
すに連れて、スポットで測定する楕円偏光計又は偏光計
で表面を走査することは、時間を非常にかけることにな
る。更に、非常に大きな試料の正確な移動はかなりのコ
ストを伴う。This type of information is very important for quality control in the thin film industry and microelectronics. In the glass industry, the state of distortion of the glass can be checked with a polarimeter. However, as the diameter of the sample increases, scanning the surface with an ellipsometer or polarimeter measuring at the spot can be very time consuming. In addition, the precise movement of very large samples involves considerable costs.
【０００５】偏光解析法及び偏光測定では、機械的に移
動する偏光計及びリターダ（例えばλ／４小板）を有す
る装置が屡々用いられる（Ｒ．Ｍ．アザム、バスハラ著
『偏光解析法及び偏光』北オランダ州、アムステルダ
ム、１９８８年を参照）。In ellipsometry and polarimetry, devices with mechanically moving polarimeters and retarders (eg λ / 4 platelets) are often used (RM Asamu, Bashara, Ellipsometry and Polarimetry). See Amsterdam, North Holland, 1988).
【０００６】光源は偏光子によってリニアに予め偏光さ
れる平行調整束を供する。試料との相互作用の後で、ビ
ームの偏光状態は変化した。このことは、リターダ及び
後置された検光子を用いて、検出器によって測光で検出
されることができる。このためには、リターダ又は検光
子が回転され、検出器において発生する時間的に周期的
な信号が評価される（図１を参照）。このような偏光解
析装置は、試料の、検出チャネルにおいて検知される領
域に対する、情報を供する。この方法は非常に緩慢であ
り、非常に正確かつ高価な機械的な移動テーブルの使用
を必要とする。[0006] The light source provides a parallel adjustment bundle that is linearly prepolarized by a polarizer. After interaction with the sample, the polarization state of the beam changed. This can be detected photometrically by a detector using a retarder and a downstream analyzer. For this, the retarder or the analyzer is rotated and the time-periodic signal occurring at the detector is evaluated (see FIG. 1). Such an ellipsometer provides information about the area of the sample that is detected in the detection channel. This method is very slow and requires the use of very accurate and expensive mechanical moving tables.
【０００７】DE 197 08 036 では、反射光用顕微鏡又は
透過光用顕微鏡の構造を楕円偏光計の構造と組み合わ
せ、これによって、表面の直接画像を得ると同時に、試
料から反射された光を偏光及び輝度に関して評価するこ
とができる偏光解析用顕微鏡が、記載されている。測定
ためには、複数の楕円偏光計構成要素が用いられる。特
に、０度とほぼ９０度の間の任意の入射角の場合に出来
る限り高い横方向の解像度を達成する実験がなされる。[0007] In DE 197 08 036, the structure of a microscope for reflected or transmitted light is combined with the structure of an ellipsometer, whereby a direct image of the surface is obtained, while at the same time the light reflected from the sample is polarized and polarized. An ellipsometric microscope that can be evaluated for brightness is described. For measurement, multiple ellipsometer components are used. In particular, experiments are performed to achieve the highest possible lateral resolution for any angle of incidence between 0 and nearly 90 degrees.
【０００８】WO 86/07631 には，４つのストークスパラ
メータすべてを同時に測定し、検知のために３つの検出
器が用いられるフォト偏光計が記載されている。この装
置では、可動部分がないが、試料の１点のみが写像され
る。[0008] WO 86/07631 describes a photo-polarimeter which measures all four Stokes parameters simultaneously and uses three detectors for detection. This device has no moving parts, but only one point of the sample is mapped.
【０００９】可動部分のない類似の装置はUS 5,335,066
に記載されている。A similar device without moving parts is disclosed in US Pat. No. 5,335,066.
It is described in.
【００１０】EP 0 632 256 A1 にはアレイ偏光計が提案
された。しかし、ここでも、アレイの諸要素は、試料の
１点のみを写像する測定光の偏光性質を検知するために
用いられる。An array polarimeter was proposed in EP 0 632 256 A1. However, here too, the elements of the array are used to detect the polarization nature of the measuring light, which maps only one point of the sample.
【００１１】US 5,166,752には、ＣＣＤアレイが偏光解
析装置の中で用いられる。この装置は、直列光学装置(V
orschaltoptik)によって種々の入射角のうちの１つの扇
形を同時に検知して、かくて、試料の１点のための独立
の測定の数を増やすために、用いられる。In US Pat. No. 5,166,752, a CCD array is used in an ellipsometer. This device is a serial optical device (V
used to simultaneously detect a sector of one of various angles of incidence and thus increase the number of independent measurements for one point of the sample.
【００１２】偏光の諸性質の、同時の、平面における検
知は考慮されていない。The simultaneous, in-plane detection of the polarization properties is not taken into account.
【００１３】DE 195 47 553 C1からは、電磁ビームの偏
光状態を同時に測定するために、マトリックス状に設け
られたフィールドを有する検出器を有する、複数の可動
の構成要素のない装置が知られている。検出器のＣＣＤ
マトリックスのフィールド上には、種々の方位角を有す
る偏光フォイルが付されている。種々の方位角を有する
例えば３つの偏光子は１つの画素に統合される。このこ
とは回転する検光子の角度位置に対応している。[0013] DE 195 47 553 C1 discloses a device without movable components having detectors with fields arranged in a matrix for simultaneously measuring the polarization state of the electromagnetic beam. I have. Detector CCD
Above the fields of the matrix are polarizing foils with various azimuthal angles. For example, three polarizers having various azimuth angles are integrated into one pixel. This corresponds to the angular position of the rotating analyzer.
【００１４】複数の偏光ピクセルを有する類似の装置は
US 4,286,843に記載されている。試料の、同時の、平面
における検知が可能であるにも拘らず、これらの装置の
欠点は、これらの装置の実際の変換(Umsetzung) が難し
いことにある。このことの原因は、対応の光検出器アレ
イのピクセルの、マイクロメートルの寸法である。これ
らの寸法は典型的には２０×２０μｍ２の範囲にある。
典型的には３００μｍの厚さの偏光子フォイルからなる
このような小さな部品の製造、及び検出器アレイ上の、
これらの部品の組立は、技術的及び経済的に非常に高い
バリアである。事実、US 4,286,843で提案された装置の
技術的な現実化は全然知られていない。他の欠点は偏光
子アレイとしての装置である。これによっては、すべて
のストークスパラメータが決定される訳ではない。特
に、偏光の回転方向は知られていない。A similar device having a plurality of polarizing pixels is
It is described in US 4,286,843. Despite the possibility of simultaneous, planar detection of the sample, a disadvantage of these devices is that the actual conversion of these devices is difficult. The cause of this is the micrometer dimensions of the pixels of the corresponding photodetector array. These dimensions are typically in the range of 20 × 20 μm 2 .
Fabrication of such small components, typically consisting of a 300 μm thick polarizer foil, and on a detector array,
The assembly of these components is a very high technical and economic barrier. In fact, no technical realization of the device proposed in US 4,286,843 is known. Another disadvantage is the device as a polarizer array. This does not determine all Stokes parameters. In particular, the direction of polarization rotation is not known.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、１つ
の試料の層の諸性質及び形状の諸性質の、同時の、平面
における検知のための、コンパクトな、平行に作動す
る、画像形成のマイクロ偏光計が製造されなければなら
ず、コンパクトな構造が、プロセスプラント(Prozessan
lagen)及び楕円偏光計における装置の簡単な実行を容易
ならしめなければならないことにある。課題は、簡単な
方法で試料の諸性質を測定することができるコンパクト
な楕円偏光計に関する。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a compact, parallel-acting, imaging system for the simultaneous, planar detection of the layer properties and the shape properties of one sample. Micro-polarimeters must be manufactured, and the compact structure requires a process plant (Prozessan
lagen) and a simple implementation of the device in an ellipsometer. The object is to provide a compact ellipsometer that can measure various properties of a sample in a simple manner.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】上記課題は、リターダが
は少なくとも１つのピクセル群を有する一体のリターダ
アレイであり、ピクセル群が、３６０度の角度範囲に亘
って分布されている整列された主軸を有する少なくとも
３つのピクセルを具備してなるマイクロ偏光計によって
解決される。この場合、整列された主軸を均等に全角度
領域に亘って分布することは有効である。SUMMARY OF THE INVENTION The object is to provide an integrated retarder array in which the retarders have at least one group of pixels, wherein the groups of pixels are aligned over a 360 degree angular range. The problem is solved by a micro-polarimeter comprising at least three pixels having In this case, it is effective to distribute the aligned main axes evenly over the entire angle range.
【００１７】本発明は、リターダの回転の代用が、光検
出器マトリックス、特に、ＣＣＤカメラによって読み取
られることができるリターダピクセルのアレイよって替
えられることができるという思想から出発している。こ
の場合、各ピクセルはリターダの角度位置に対応してい
る。群におけるピクセルの偏光性質は、測光情報の全体
から、このピクセル群に当たる光束(Lichtteilbuendel)
の偏光が検知されることができるように、ピクセル毎に
変化する。偏光解析のために必要な数の、ピクセルはそ
の時々にピクセル群に統合されて、このピクセル群は、
かくて、マイクロ偏光計を形成する。The invention starts with the idea that the substitution of the rotation of the retarder can be replaced by a photodetector matrix, in particular an array of retarder pixels which can be read by a CCD camera. In this case, each pixel corresponds to the angular position of the retarder. The polarization property of a pixel in a group is determined from the total photometric information based on the luminous flux (Lichtteilbuendel)
Change from pixel to pixel so that the polarization of The number of pixels required for the ellipsometry are merged from time to time into a group of pixels,
Thus, a micro-polarimeter is formed.
【００１８】偏光ピクセルの公知の装置に比較しての、
リターダピクセルの本発明の装置の利点は、リターダ技
術が完全なストークスベクトルと、４つのストークスパ
ラメータのうちの３つをも供することにある。Compared to known devices of polarizing pixels,
An advantage of the present arrangement of retarder pixels is that the retarder technique also provides a complete Stokes vector and three of the four Stokes parameters.
【００１９】リターダアレイは、本発明に基づき、一体
部品であるので、個々のピクセルの取付は省略される。
これにより、マイクロ偏光計は安価に製造されることが
できる。Since the retarder array is an integral part according to the invention, the mounting of individual pixels is omitted.
Thereby, the micro-polarimeter can be manufactured at low cost.
【００２０】一体のリターダアレイを製造するために、
石版術の、鍛造技術の、射出成形技術の方法が用いられ
ることは好ましい。石版術の方法とは、高解像度の石版
術方法と、コーティング・エッチング技術との組合せで
ある。対応の技術は顕微鏡技術から知られている。これ
によって、このようなリターダアレイが初めて技術的に
転換可能である。従来の技術では技術的観点からも経済
的観点からも達成することができない極めて高い情報密
度を供する構成要素が得られる。To produce an integral retarder array,
Preferably, a method of lithography, forging technology, injection molding technology is used. Lithography methods are a combination of high resolution lithography methods and coating and etching techniques. The corresponding technology is known from microscope technology. This makes such a retarder array technically convertible for the first time. Components providing extremely high information densities, which cannot be achieved from a technical or economic point of view with the prior art, are obtained.
【００２１】リターダは技術的に益々重要になる紫外線
スペクトルレンジにおいて、効率が下がっていくフォイ
ル偏光子と比べて複数の利点を有する。このことの原因
は、本発明で提案されるように、リターダが、紫外線レ
ンジにおいてまだ非常に良好な透過性を示す材料、例え
ばフッ化カルシウムから作られることにある。これに対
し、フォイル偏光子は、偏光をもたらしかつ紫外線レン
ジにおいて弱まる２色性を有する有機材料からなる。Retarders have several advantages over less efficient foil polarizers in the increasingly important UV spectral range of technology. The reason for this is that, as proposed in the present invention, the retarder is made from a material which still shows very good transmission in the ultraviolet range, for example calcium fluoride. In contrast, foil polarizers consist of an organic material that provides polarized light and has dichroism that diminishes in the ultraviolet range.
【００２２】１つのピクセル群のピクセルが少なくとも
１つのピクセルラインに設けられているのは好ましい。
このようなリニアなリターダアレイは、従来のリターダ
の完全な回転に対応する。試料の１点がこのようなアレ
イ上に写像されると、かくて、この点における試料の諸
性質がリターダの回転なしに検知されることができる。Preferably, the pixels of one pixel group are provided on at least one pixel line.
Such a linear retarder array corresponds to a full rotation of a conventional retarder. If a point of the sample is mapped onto such an array, then the properties of the sample at this point can be detected without rotation of the retarder.
【００２３】リターダアレイが、同一のピクセルライン
を有するピクセルマトリックスであることは好ましい。
同一のマトリックス群がかくして１つのマトリックスに
統合されると、複数の他の情報が得られることができ
る。偏光解析のためにＸ方向（ピクセルラインの方向）
が用いられることができるのに対し、Ｙ方向は分光分散
又は角分散のために用いられる。かくて、試料の各点に
つき検知可能な多数の物理的情報が拡大されることがで
きる。従って、例えば、複数の未知試料を有する各層シ
ステムも特徴付けられる。[0023] Preferably, the retarder array is a pixel matrix having identical pixel lines.
When the same group of matrices is thus integrated into one matrix, a plurality of other information can be obtained. X direction for polarization analysis (pixel line direction)
Can be used, while the Y direction is used for spectral or angular dispersion. Thus, a large amount of physical information detectable for each point of the sample can be expanded. Thus, for example, each layer system having a plurality of unknown samples is also characterized.
【００２４】波長選択のために、試料とリターダアレイ
との間に、プリズム又は格子が設けられているのは好ま
しい。Preferably, a prism or grating is provided between the sample and the retarder array for wavelength selection.
【００２５】他の実施の形態では、１つのピクセル群の
ピクセルは２次元に設けられている。各ピクセル群はマ
イクロ偏光計を形成し、これらのピクセル群は、試料の
光学的性質の画像を供するマトリックスへと統合される
ことができる。In another embodiment, the pixels of one pixel group are provided two-dimensionally. Each pixel group forms a micro-polarimeter, which can be integrated into a matrix that provides an image of the optical properties of the sample.
【００２６】ピクセルが、波長より短い格子間隔を有す
る誘導格子構造体からなることは好ましい。It is preferred that the pixels comprise a guiding grating structure having a grating spacing shorter than the wavelength.
【００２７】用いられた光の波長よりも著しく下にある
寸法を有する誘導格子構造体であるいわゆるサブ波長構
造体(Subwavelength-Structures)が用いられるのは好ま
しい。It is preferred to use so-called subwavelength structures, which are induction grating structures having dimensions significantly below the wavelength of the light used.
【００２８】検出器ピクセルの大きさがリターダピクセ
ルの大きさに対応するのは好ましい。Preferably, the size of the detector pixels corresponds to the size of the retarder pixels.
【００２９】リターダアレイのピクセルが共通の基板上
に設けられていることは好ましい。一体のリターダアレ
イが解析小板に貼着されているのは好都合である。Preferably, the pixels of the retarder array are provided on a common substrate. Advantageously, an integral retarder array is affixed to the analysis platelet.
【００３０】検光子ディスクが、同様に、例えば光検出
器マトリックスに貼着されていることができる。An analyzer disc can likewise be affixed, for example, to a photodetector matrix.
【００３１】楕円偏光計は反射光用顕微鏡及びマイクロ
偏光計を有し、偏光子及びマイクロ偏光計は反射光用顕
微鏡に統合されている。マイクロ偏光計は接眼レンズの
焦点面に設けられており、リターダと、その後方に設け
られた検光子ディスクと、光検出器マトリックスとを有
し、リターダは少なくとも１つのピクセル群を有する一
体のリターダアレイであり、ピクセル群は、３６０度の
角度範囲に亘って分布されている整列された主軸を有す
る少なくとも３つのピクセルを具備する。このことによ
って、全体としてコンパクトな測定器が作られる。The ellipsometer has a reflected light microscope and a micro-polarimeter, and the polarizer and the micro-polarimeter are integrated in the reflected light microscope. A micro-polarimeter is provided at the focal plane of the eyepiece and includes a retarder, an analyzer disk disposed behind the eyepiece, and a photodetector matrix, the retarder being an integral retarder having at least one group of pixels. An array wherein the group of pixels comprises at least three pixels having aligned major axes distributed over a 360 degree angular range. This creates an overall compact measuring instrument.
【００３２】顕微鏡の光路内で、入射角を調節する手段
が試料の表面に設けられていることは好ましい。偏光の
パラメータを測定するための入射角が好ましくは６０度
乃至８０度の範囲であるべきであり、７０度の角度が最
適であることが明らかになった。このことを達成するた
めに、対物レンズの手前に環状絞りが設けられている。Preferably, means for adjusting the angle of incidence in the optical path of the microscope are provided on the surface of the sample. The angle of incidence for measuring the polarization parameter should preferably be in the range of 60 to 80 degrees, and it has been found that an angle of 70 degrees is optimal. To achieve this, an annular stop is provided in front of the objective lens.
【００３３】顕微鏡へのマイクロ偏光計の統合は、この
偏光計が僅かな寸法を有し、回転形構成要素を全然有し
ないことによって、可能となった。The integration of the micro-polarimeter into the microscope has been made possible by the fact that the polarimeter has small dimensions and no rotating components.
【００３４】好ましい利用分野は偏光顕微鏡及び層厚測
定である。Preferred applications are polarization microscopy and layer thickness measurement.
【００３５】ビームが十分に垂直方向に偏光子に当たる
ように、偏光子がコリメータとビーム分割器との間に設
けられていることは好ましい。Preferably, a polarizer is provided between the collimator and the beam splitter so that the beam strikes the polarizer sufficiently vertically.
【００３６】楕円偏光計の他の変更の実施の形態では、
光源は複数のコリメーティングレンズを有するレーザダ
イオードアレイであり、この照射装置は、本発明に係わ
るマイクロ偏光計と装置内で組み合わされている。In another modified embodiment of the ellipsometer,
The light source is a laser diode array having a plurality of collimating lenses, the illumination device being combined in a device with the micro-polarimeter according to the invention.
【００３７】[0037]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１には、従来技術に基づく楕円
偏光計が略示されている。光源２から放射された光は偏
光子３を通過し、試料に当たり、そこで、光は角度ΔΦ
で反射される。反射された光は、リターダ(Retarder)２
０及び検光子４を通過した後に、検出器７に当たる。検
光子４は固定式の解析小板(Analysatorplaettchen)から
なり、リターダ２０は従来技術に基づく複数の装置の中
で角度ΔΘだけ回転されることができる。リターダ２０
のこの回転は、リターダアレイにリターダピクセルを本
発明に基づいて設けることによって省略される。リター
ダアレイを図２，３及び４との関連で記述する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an ellipsometer according to the prior art. Light emitted from the light source 2 passes through the polarizer 3 and strikes the sample, where the light has an angle ΔΦ
Is reflected by The reflected light is retarder 2
After passing through 0 and the analyzer 4, it strikes the detector 7. The analyzer 4 consists of a fixed analytical plate and the retarder 20 can be rotated by an angle ΔΘ in a plurality of devices according to the prior art. Retarder 20
This rotation is eliminated by providing retarder arrays with retarder pixels in accordance with the present invention. The retarder array will be described in connection with FIGS.
【００３８】試料１の表面全体を写像するためのビーム
制御に関しては、図２及び３に示した楕円偏光計構造体
が適当である。図２には、マイクロ偏光計１５が統合さ
れた反射光用顕微鏡が示されている。反射光用顕微鏡
は、光源２と、偏光計３と、コリメータ１０と、ビーム
分割器１１と、環状絞りとして形成された開口絞り１２
と、対物レンズ１３と、接眼レンズ１４とを有する。環
状絞りは、入射角ΔΦが６０度乃至８０度の範囲にある
ように、形成されている。この入射角とは異なる複数の
入射角を有する光線は遮られる。対物レンズ１３及び接
眼レンズ１４によって、試料表面が、リターダアレイ２
１と、検光子４と、検出器７とを有するマイクロ偏光計
１５上に写像される。For beam control to map the entire surface of the sample 1, the ellipsometer structure shown in FIGS. 2 and 3 is suitable. FIG. 2 shows a reflected light microscope in which the micro-polarimeter 15 is integrated. The reflected light microscope includes a light source 2, a polarimeter 3, a collimator 10, a beam splitter 11, and an aperture stop 12 formed as an annular stop.
, An objective lens 13 and an eyepiece 14. The annular stop is formed such that the incident angle ΔΦ is in the range of 60 degrees to 80 degrees. Light rays having a plurality of incident angles different from this incident angle are blocked. The objective lens 13 and the eyepiece 14 allow the sample surface to be
1, an analyzer 4 and a detector 7 are mapped on a micro-polarimeter 15.
【００３９】図３には、楕円偏光計の他の変更の実施の
形態が示されている。この楕円偏光計は、光源として、
複数のコリメーティングレンズ３１及び偏光子３を有す
るレーザダイオードアレイ３０を有する。この装置によ
って、同様に、試料１の平面への照明が可能である。図
４には、複数のコリメーティングレンズ３１を有するこ
のようなレーザダイオードアレイ３０の平面図が示され
ている。FIG. 3 shows another modification of the ellipsometer. This ellipsometer, as a light source,
It has a laser diode array 30 having a plurality of collimating lenses 31 and a polarizer 3. With this device, it is likewise possible to illuminate the plane of the sample 1. FIG. 4 shows a plan view of such a laser diode array 30 having a plurality of collimating lenses 31.
【００４０】図５には、複数のピクセル２３がピクセル
群２５として１つのピクセルライン２６に統合されてな
るリターダアレイ２１が示されている。ピクセル２３の
主軸２４の整列は垂直方向から水平方向に漸次移行す
る。この状況は角度ΔΘだけの従来のリターダの完全な
回転に対応している。このようなリターダアレイ２１上
にある試料の一点のが写像されるとき、かくて、リター
ダの回転なしにこの点における試料の諸性質が検知され
ることができる。FIG. 5 shows a retarder array 21 in which a plurality of pixels 23 are integrated into one pixel line 26 as a pixel group 25. The alignment of the main axis 24 of the pixel 23 gradually changes from the vertical direction to the horizontal direction. This situation corresponds to a full rotation of the conventional retarder by the angle ΔΘ. When one point of the sample on such a retarder array 21 is mapped, the properties of the sample at this point can thus be detected without rotation of the retarder.
【００４１】図６に示すように、複数のこのようなピク
セル群２５すなわちピクセルライン２６はマトリックス
の形で統合されている。１つのカラムにおけるリターダ
ピクセル２３の整列された主軸(Hauptachsenausrichtun
g)２４は同一である。Ｘ方向が偏光分析のために用いら
れることができるのに対し、Ｙ方向は分光分散又は角分
散に用いられる。かくて、試料の１点につき検知可能な
多数の物理的情報が拡大されることができる。As shown in FIG. 6, a plurality of such pixel groups 25 or pixel lines 26 are integrated in a matrix. The aligned main axis of the retarder pixel 23 in one column (Hauptachsenausrichtun
g) 24 is the same. The X direction can be used for ellipsometry, while the Y direction is used for spectral or angular dispersion. Thus, a great deal of physical information detectable per point of the sample can be expanded.
【００４２】図７に示すように、４つのピクセル２３か
らなるピクセル群２５がコンパクトなマイクロ偏光計に
統合されている。図７に示すように、このようなピクセ
ル群２５の、１つのマトリックスへの統合は、試料の光
学的性質の像を供する。As shown in FIG. 7, a pixel group 25 consisting of four pixels 23 is integrated in a compact micro-polarimeter. As shown in FIG. 7, the integration of such a group of pixels 25 into one matrix provides an image of the optical properties of the sample.
【００４３】画像形成の偏光子の位置解像度(Ortsauflo
esung)は１つのピクセル群２５の寸法によって定められ
る。ピクセル２３の寸法は、これらのピクセルが約１０
×１０μｍ２のＣＣＤマトリックスの中の１つのピクセ
ルの面を覆うように、選択される方がよい。例えば４つ
のピクセル２３の１群（これらのピクセルの主軸２４は
種々の方向を向いている）は、２０×２０μｍ２の表面
素子上の偏光の測定のために十分である。ＣＣＤマトリ
ックスは最大限４０００×４０００個のピクセルを含
む。このことは、写像する偏光解析を２００×２００の
画素をもって同時に実行することが、前置された偏光子
との関連でこの装置によって可能であること、を意味す
る。ＣＣＤカメラの速度及び解像度によって、構造体、
例えばスイッチ回路の、ウェハ上での、層の厚さの分
布、あるいはガラスプレート、透明なフォイル又はファ
イバにおける歪み状態の部分が得られる。リターダアレ
イ２１及び検出器アレイのラスタ寸法は同一である。複
数の構成要素は、２つのアレイの明確な割当てが保護さ
れているように、互いに結合されている。The position resolution of the polarizer for image formation (Ortsauflo
esung) is determined by the size of one pixel group 25. The size of pixel 23 is such that these pixels are approximately 10
It should be chosen to cover the surface of one pixel in a × 10 μm 2 CCD matrix. For example, a group of four pixels 23 (the principal axes 24 of these pixels are oriented in different directions) is sufficient for measuring the polarization on a 20 × 20 μm 2 surface element. The CCD matrix contains a maximum of 4000 × 4000 pixels. This means that it is possible by means of this device in the context of a preceding polarizer to simultaneously perform the mapping ellipsometry with 200 × 200 pixels. Depending on the speed and resolution of the CCD camera, the structure,
For example, the distribution of the layer thickness on the wafer, for example of a switch circuit, or a distorted part of a glass plate, a transparent foil or a fiber is obtained. The raster dimensions of the retarder array 21 and the detector array are the same. The components are coupled to one another such that the unambiguous assignment of the two arrays is protected.
【００４４】図９はピクセル群２５からなる部分きを示
しており、２つのピクセル２３が示されている。これら
のピクセル２３は２つの格子２７によって形成される。
格子２７の整列された主軸２４は異なった角度を有す
る。格子構造体２７は透明な材料からなり、透明なリタ
ーダ基板２２と共に１つのユニットを形成している。こ
のような格子構造体の典型的な寸法は幅２００ｎｍ、溝
幅２００ｎｍ、深さ４００ｎｍである。光がこれらの構
造体に当たると、表面が、古典光学においてリターダの
製造のために用いられた異方性結晶に似た、人工的に製
造された異方性材料のような、状態になっている。FIG. 9 shows a portion consisting of a group of pixels 25, in which two pixels 23 are shown. These pixels 23 are formed by two grids 27.
The aligned major axes 24 of the grating 27 have different angles. The lattice structure 27 is made of a transparent material, and forms one unit with the transparent retarder substrate 22. Typical dimensions of such a lattice structure are 200 nm in width, 200 nm in groove width and 400 nm in depth. When light strikes these structures, the surface becomes in a state, similar to an anisotropically produced anisotropic material, similar to the anisotropic crystal used for the manufacture of retarders in classical optics. I have.
【００４５】ピクセル２３のこれらの格子は、電子線リ
トグラフィによって、イオンビームエッチング法との組
合せで製造されることができる。格子２７の製造後に、
格子基板ユニットは接着剤によって検光子５と結合さ
れ、検光子５は同様にＣＣＤ検出器７と結合される。Ｃ
ＣＤ検出器７は、ＣＣＤピクセルが載っている基板９を
有する。検光子５の軸の位置は、この軸がリターダピク
セル２３の主軸２４のうちの１と一致しないように、選
択されている。このことは、主軸２４の角度が１つのピ
クセル群の中で３０度異なっているのに対し、検光子５
の軸は４５度上にあることによって、解決されることが
できる。These grids of pixels 23 can be manufactured by electron beam lithography in combination with ion beam etching. After the production of the grid 27,
The grating substrate unit is connected to the analyzer 5 by an adhesive, and the analyzer 5 is similarly connected to the CCD detector 7. C
The CD detector 7 has a substrate 9 on which CCD pixels are mounted. The position of the axis of the analyzer 5 is chosen such that this axis does not coincide with one of the main axes 24 of the retarder pixels 23. This means that the angle of the main axis 24 differs by 30 degrees in one pixel group, while the
Can be solved by being 45 degrees above.
【００４６】図１０には、解析小板５と、リターダアレ
イ２１と、検出器７とを有するマイクロ偏光計１５の縦
断面が示されている。FIG. 10 shows a longitudinal section of the micro-polarimeter 15 having the analysis plate 5, the retarder array 21 and the detector 7.
【図１】図１は従来の偏光解析装置の構造の略図であ
る。FIG. 1 is a schematic view of the structure of a conventional ellipsometer.
【図２】図２はマイクロ偏光計が統合された反射光用顕
微鏡を有する楕円偏光計の図である。FIG. 2 is a diagram of an ellipsometer having a reflected light microscope with an integrated micro-polarimeter.
【図３】図３は楕円偏光計の他の実施の形態の図であ
る。FIG. 3 is a diagram of another embodiment of an ellipsometer.
【図４】図４は楕円偏光計の他の実施の形態の図であ
る。FIG. 4 is a diagram of another embodiment of an ellipsometer.
【図５】図５はリターダピクセルの配置の実施の形態の
図である。FIG. 5 is a diagram of an embodiment of an arrangement of retarder pixels.
【図６】図６はリターダピクセルの配置の実施の形態の
図である。FIG. 6 is a diagram of an embodiment of an arrangement of retarder pixels.
【図７】図７はリターダピクセルの配置の他の実施の形
態の図である。FIG. 7 is a diagram of another embodiment of the arrangement of retarder pixels.
【図８】図８はリターダピクセルの配置の他の実施の形
態の図である。FIG. 8 is a diagram of another embodiment of the arrangement of retarder pixels.
【図９】図９は１つのピクセル群からなる部分の斜視図
である。FIG. 9 is a perspective view of a portion composed of one pixel group.
【図１０】図１０は検出器の縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of the detector.
１ 試料 ３ 偏光子 ４ 偏光子ディスク ５ 解析小板 ７ 検出器 １０ コリメータ １１ ビーム分割器 １２ 環状絞 １３ 対物レンズ １４ 接眼レンズ １５ マイクロ偏光計 ２０ リターダ ２１ リターダアレイ ２３ ピクセル ２４ 主軸 ２５ ピクセル群 ２６ ピクセルライン ３０ レーザダイオードアレイ ３１ コリメーティングレンズ。 Reference Signs List 1 sample 3 polarizer 4 polarizer disk 5 analysis plate 7 detector 10 collimator 11 beam splitter 12 annular aperture 13 objective lens 14 eyepiece 15 micro-polarimeter 20 retarder 21 retarder array 23 pixels 24 main axis 25 pixel group 26 pixel line 30 laser diode array 31 collimating lens.
Claims (16)
子ディスクと、光検出器マトリックスとを具備するマイ
クロ偏光計において、 前記リターダ（２０）は少なくとも１つのピクセル群
（２５）を有する一体のリターダアレイ（２１）であ
り、前記ピクセル群は、３６０度の角度範囲に亘って分
布されている整列された主軸（２４）を有する少なくと
も３つのピクセル（２３）を具備すること、を特徴とす
るマイクロ偏光計。1. A micro-polarimeter comprising a retarder, an analyzer disc provided behind it, and a photodetector matrix, wherein said retarder (20) has at least one pixel group (25). A retarder array (21), wherein said group of pixels comprises at least three pixels (23) having aligned major axes (24) distributed over a 360 degree angular range. Micro polarimeter.
（２３）は、少なくとも１つのピクセルライン（２６）
に設けられていること、を特徴とする請求項１に記載の
マイクロ偏光計。2. The method according to claim 1, wherein the pixels of the group of pixels have at least one pixel line.
The micro-polarimeter according to claim 1, wherein
クセルライン（２６）を有するピクセルマトリックスを
具備すること、を特徴とする請求項１又は２に記載のマ
イクロ偏光計。3. The micro-polarimeter according to claim 1, wherein the pixel array comprises a pixel matrix having identical pixel lines.
１）との間には、波長選択のためにプリズム又は格子が
設けられていること、を特徴とする請求項３に記載のマ
イクロ偏光計。4. A sample (1) and said retarder array (2)
The micro-polarimeter according to claim 3, wherein a prism or a grating is provided between 1 and 2 for wavelength selection.
（２３）は２次元に設けられていること、を特徴とする
請求項１乃至４のいずれか１に記載のマイクロ偏光計。5. The micro-polarimeter according to claim 1, wherein the pixels (23) of the pixel group (25) are provided two-dimensionally.
格子間隔を有する誘導格子構造体からなること、を特徴
とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のマイクロ偏
光計。6. The micro-polarimeter according to claim 1, wherein the pixels (23) comprise an inductive grating structure having a grating interval shorter than the wavelength.
（２３）の大きさに対応していること、を特徴とする請
求項１乃至６のいずれか１に記載のマイクロ偏光計。7. Micropolarimeter according to claim 1, wherein the detector pixels (8) correspond to the size of the pixels (23).
セル（２３）は共通の基板（２２）上に設けられている
こと、を特徴とする請求項１乃至７のいずれか１に記載
のマイクロ偏光計。8. The micro-polarized light according to claim 1, wherein the pixels of the retarder array are provided on a common substrate. Total.
（５）に貼着されていること、を特徴とする請求項１乃
至８のいずれか１に記載のマイクロ偏光計。9. The micro-polarimeter according to claim 1, wherein the retarder array is affixed to an analysis plate.
ックスに貼着されていること、を特徴とする請求項９に
記載のマイクロ偏光計。10. Micropolarimeter according to claim 9, wherein the analysis platelets (5) are affixed to a photodetector matrix.
術の、鍛造技術の、又は射出成形技術の方法で製造され
ていること、を特徴とする請求項１乃至９のいずれか１
に記載のマイクロ偏光計。11. The method according to claim 1, wherein the retarder array is manufactured by a lithographic, forging or injection molding technique.
The micro-polarimeter according to 1.
ンズ及び接眼レンズを有する反射光用顕微鏡と、を具備
し、前記偏光子及び偏光計は前記反射光用顕微鏡内で統
合されている楕円偏光計において、 前記偏光計は、リターダと、その後方に設けられた検光
子ディスク（４）と、光検出器マトリックス（７）と、
を有するマイクロ偏光計（１５）であり、前記リターダ
は少なくとも１つのピクセル群（２５）を有する一体の
リターダアレイ（２１）であり、前記ピクセル群は、３
６０度の角度範囲に亘って分布されている整列された主
軸（２４）を有する少なくとも３つのピクセル（２３）
を具備すること、及び、前記マイクロ偏光計（１５）は
前記接眼レンズ（１４）の焦点面に設けられているこ
と、を特徴とする楕円偏光計。12. A reflected light microscope having a light source, a polarizer, a polarimeter, and an objective lens and an eyepiece, wherein the polarizer and the polarimeter are integrated in the reflected light microscope. An ellipsometer comprising: a retarder; an analyzer disk (4) provided behind the retarder; a photodetector matrix (7);
Wherein the retarder is an integrated retarder array (21) having at least one group of pixels (25), wherein the group of pixels comprises 3 pixels.
At least three pixels (23) with aligned major axes (24) distributed over a 60 degree angle range
And the micro-polarimeter (15) is provided at the focal plane of the eyepiece (14).
する手段が試料の表面に設けられていること、を特徴と
する請求項１２に記載の楕円偏光計。13. The ellipsometer according to claim 12, wherein a means for adjusting an incident angle is provided on a surface of the sample in an optical path of the microscope.
絞（１２）が設けられていること、を特徴とする請求項
１２又は１３に記載の楕円偏光計。14. An ellipsometer according to claim 12, wherein an annular stop (12) is provided in front of the objective lens (13).
メータ（１０）とビーム分割器（１１）との間に設けら
れていること、を特徴とする請求項１２乃至１４のいず
れか１に記載の楕円偏光計。15. The microscope according to claim 12, wherein the polarizer is provided between a collimator of the microscope and a beam splitter. An ellipsometer as described.
計とを有する楕円偏光計において、 前記光源は複数のコリメーティングレンズ（３１）を有
するレーザダイオードアレイ（３０）であること、及
び、前記偏光計は、リターダと、その後方に設けられた
検光子ディスク（４）と、光検出器マトリックス（７）
とを有するマイクロ偏光計（１５）であり、前記リター
ダは少なくとも１つのピクセル群（２５）を有する一体
のリターダアレイ（２１）であり、前記ピクセル群は、
３６０度の角度範囲に亘って分布されている整列された
主軸（２４）を有する少なくとも３つのピクセル（２
３）を具備すること、を特徴とする楕円偏光計。16. An ellipsometer comprising the light source, the polarizer, and the polarimeter, wherein the light source is a laser diode array (30) having a plurality of collimating lenses (31); The polarimeter comprises a retarder, an analyzer disk (4) provided behind the retarder, and a photodetector matrix (7).
Wherein the retarder is an integrated retarder array (21) having at least one group of pixels (25), wherein the group of pixels comprises:
At least three pixels (2) having aligned major axes (24) distributed over an angular range of 360 degrees.
3. An ellipsometer comprising the following 3).
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